一种衰变试验装置及其系统的制作方法

本实用新型涉及轨道交通
技术领域：
，尤其是涉及一种无砟轨道水泥基材料动态性能衰变试验装置及其系统。
背景技术：
：无砟轨道作为我国高铁主要的轨道结构型式，具有高平顺、高稳定和少维修的特点。与传统有砟轨道的散粒体道床不同，无砟轨道主要采用钢筋混凝土、乳化沥青水泥砂浆(CA砂浆)等水泥基材料构筑。CRTSI型板式无砟轨道是我国高铁建设中具有广泛应用的轨道形式，其结构组成主要为钢轨、扣件、轨道板、CA砂浆充填层调整层、凸形挡台、混凝土底座等。由于无砟轨道组成材料的多样性、作用荷载的重复性和运营环境的复杂性等原因，在服役期间不可避免出现各种结构病害、材料性能逐渐伤损退化。CRTSI型板式无砟轨道容易出现以下几种病害：1.轨道板开裂。在列车荷载的作用下，轨道板受到弯曲动荷载的反复作用出现竖向裂纹，裂纹的产生使轨道板中的钢筋直接暴露在大气中，会加速侵蚀性离子在轨道板中的扩散，导致钢筋锈蚀，从而加速轨道板的损伤。2.轨道板破损。由于扣件周围的混凝土存在应力集中，在列车荷载的反复作用下，应力集中位置的混凝土容易出现破损。3.无砟轨道层间汲水。对于框架式无砟轨道，降水会使轨道板内槽出现积水。积水向下渗入CA砂浆层中会造成乳化沥青流失，使砂浆层变脆。4.CA砂浆破损掉块。在列车荷载作用下，变脆后的CA砂浆层将很容易出现破损，并逐渐出现挤出、掉块的情况。由于无砟轨道的结构在服役过程中长期承受重复列车荷载和多种环境侵蚀的作用，在对其结构和材料的研究必须考虑列车荷载和环境侵蚀的耦合作用。对于混凝土的疲劳荷载和环境耦合作用的致损问题，Xi、MITSURUS.、Xiang等进行了混凝土轴心抗压疲劳与氯离子扩散交互作用下氯离子在混凝土中的传输性和渗透性的研究，但对于混凝土疲劳性能的研究却不得而知；Kuhl、Postolopoulos研究了累积侵蚀对钢筋混凝土的低周疲劳性能，认为侵蚀会导致疲劳过程中钢筋延性较大程度降低；北京交通大学翟松峰、大连理工大学商怀帅、Fagerlund对混凝土的冻融循环与单轴荷载作用下的疲劳效应进行研究，并建立了冻融的疲劳损伤方程。对CA砂浆劣化及耐久性能的研究方面，武汉理工大学王发洲、王涛、胡曙光等分别针对18℃、20℃和-20℃的环境温度建立了CA砂浆疲劳次数与应力水平相关性的模拟方程；浙江工业大学毛锦达模拟测试了荷载-振动-高低温环境下的CA砂浆抗疲劳性能；北京交通大学胡华锋等针对严寒地区CA砂浆抗冻性、低温力学性能及10-40Hz频率的350万次的疲劳性能进行了试验研究。由于疲劳和环境耦合作用的加载试验装置设计复杂，现有的试验研究方案多集中在静荷载与环境因素的耦合对试验件的作用，循环荷载和环境侵蚀多采用交替作用的方式间接加载，这与高速铁路线路中列车动荷载和环境侵蚀耦合作用的实际情况不符。对于CA砂浆的疲劳-环境耦合作用的研究则多以疲劳-温度耦合为主，鲜见水侵蚀、盐侵蚀等作用下CA砂浆疲劳性能的研究。技术实现要素：本实用新型的首要目的在于提供一种无砟轨道水泥基材料动态性能衰变试验装置，该装置能模拟出温度、酸雨、氯盐和高速列车荷载共同作用的工况，从而更真实的得出无砟轨道水泥基材料在实际运行过程中的动态性能衰变规律，从而为无砟轨道疲劳寿命的预测和维修提供有效、可靠的试验数据，以提高高速铁路运行的平顺性、舒适性和安全性。本实用新型的另一目的在于提供一种使用上述的无砟轨道水泥基材料动态性能衰变试验装置对无砟轨道水泥基材料进行动态性能衰变试验的方法。为实现上述目的，本实用新型提供的一种衰变试验装置，其包括盒体、上加载板和疲劳试验机；疲劳试验机的上加载夹持机构与所述上加载板固定连接；疲劳试验机的下加载夹持机构与所述盒体的底部固定连接；被测试的试验件放置在盒体内，所述上加载板顶压在试验件的顶面上，盒体的底板和上加载板将试验件夹持住。进一步地，所述盒体内设置有用于模拟腐蚀性环境的液体；优选地，所述液体为水、酸性溶液或者盐溶液。进一步地，所述盒体内设置有下加载板，下加载板与盒体的底板固定连接；所述试验件放置在下加载板上，上、下加载板将所述试验件夹持住。其中，下加载板优选地通过焊接方式固定在盒体的底板上。进一步地，所述上加载板为矩形，上加载板底面的两侧设置有下凸的条形上加载头；或者，所述上加载板为圆形，上加载板底面不设置下凸的上加载头。进一步地，所述下加载板顶面的两侧均设置有上凸的条状下加载头。当对CA砂浆试验件进行衰变试验时，圆柱形的CA砂浆试验件的上、下柱面分别直接贴靠在圆形的上加载板底面和下加载板上表面上。而试验件为混凝土试验件时，方块形的试验件放置在矩形的上加载板和下加载板之间，上、下加载板上的上、下加载头分别顶靠在混凝土试验件的上下表面上。进一步地，所述加载头为沿所述上、下加载板边缘设置的条状凸起。优选地，所述加载头和加载板一体成型，优选地，由一块钢板切削加工而成。进一步地，所述加载头与试验件接触的末端为圆弧形。加载头圆滑设置，以避免过于尖锐从而直接破坏试验件。进一步地，所述下加载板为矩形板，下加载板的长度是宽度的2-4倍，更为优选地，下加载板的长度是宽度的为3倍；所述上加载板为矩形板或者圆形板；上、下加载板的厚度一致；上加载板的宽度或者直径与下加载板的宽度一致。其中，盒体优选地由钢板焊接而成，盒体的侧板和底板之间采用焊接的方式连接。混凝土动态性能试验中，上加载板为矩形板；CA砂浆动态性能试验中，上加载板形状优选地为圆形钢板。进一步地，所述盒体内侧表面设置有用于防止腐蚀的涂层，所述涂层优选地为环氧树脂层。进一步地，所述盒体内设置有用于对盒体内所述液体或者气体进行加热的加热单元，以及用于测量盒体内所述液体或者气体温度的温度测量装置。优选地，所述加热单元为电加热棒；温度测量装置为温度计或者温度传感器。通过设置加热单元和温度测量装置可以调节盒体内的被模拟环境的温度值，从而将温度的影响参数耦合进去，从而真实还原无砟轨道所处的工作环境。进一步地，所述衰变试验装置还包括用于密封所述盒体上方开口的盖体；所述疲劳试验机的上加载夹持机构通过上连接柱与所述上加载板连接；盖体上设置有通孔，所述上连接柱上端与上加载夹持机构连接，上连接柱的下端穿过所述通孔与上加载板连接。进一步地，所述上连接柱与所述通孔之间滑动密封。通过设置盖体，可以模拟不同温度下、不同酸碱度的空气对试验件的腐蚀作用，目前，由于工业的过度发展，空气质量越来越差，由此空气质量的影响因素不得不考虑。进一步地，所述衰变试验装置还包括风机，所述盒体或者盖体上设置有进风口和出风口，风机通过管路与进风口连接；所述盒体内设置有风速测量仪。通过设置风机，则可以将空气质量、温度以及风速等环境因素与列车载荷等动态因素耦合在一起，从而更真实地得出无砟轨道水泥基材料在实际运行过程中的动态性能衰变规律，从而为无砟轨道疲劳寿命的预测和维修提供有效、可靠的试验数据，以提高高速铁路运行的平顺性、舒适性和安全性。进一步地，所述疲劳试验机的下加载夹持机构通过下连接柱与所述盒体的底部固定连接。其中，上、下连接柱优选地为硬质金属柱，如钢柱等。进一步地，所述试验件包括无砟轨道水泥基材料混凝土试验件和CA砂浆试验件。本实用新型提供的衰变试验装置具有以下几点有益效果：(1)能研究无砟轨道中多种水泥基材料的疲劳性能。作为无砟轨道结构中最关键的部件，混凝土轨道板和CA砂浆层材料性能的变化对无砟轨道整体结构的力学性能有决定性的影响，通过测定列车荷载和环境侵蚀耦合作用下混凝土和CA砂浆材料强度、弹性模量等力学性能的数值，研究疲劳荷载和环境侵蚀耦合作用下混凝土和CA砂浆材料性能劣化规律；(2)能考虑多种环境因素的影响。由于无砟轨道结构长期暴露在大气环境中，混凝土轨道板和CA砂浆将不可避免地受到环境荷载的侵蚀。本试验工装可以模拟温度、酸雨、氯盐等多种环境荷载作用对混凝土和CA砂浆疲劳性能的影响，研究在列车荷载和环境荷载共同作用下无砟轨道关键结构材料性能的变化规律。以一定的疲劳循环次数为一个加载周期，利用无损检测技术解析在不同加载周期后混凝土或CA砂浆的强度、弹性模量和裂缝宽度、深度等数据。通过对试验构件进行取样分析测定盐离子对混凝土的侵蚀情况。为实现本实用新型目的，本实用新型还提供了一种采用上述衰变试验装置的衰变试验系统，其还包括处理器和显示器，所述处理器与所述加热单元、温度测量装置、风速测量仪以及风机连接。进一步地，所述盒体内设置有湿度计；优选地，湿度计与所述处理器连接。为实现本实用新型目的，本实用新型还提供了一种利用上述衰变试验装置对无砟轨道水泥基材料动态性能衰变试验的试验方法，所述试验方法具体包括如下步骤：S1.测定混凝土试验件或CA砂浆试验件的初始强度等级；S2.将试验件放置在下加载头或者下加载板上；S3.加载环境设置；环境设置具体包括：1)腐蚀性环境；根据测试的需要，向盒体内加入水、腐蚀性气体、酸溶液或盐溶液模拟腐蚀性环境；2)非腐蚀性的大气环境；即在不加入水、腐蚀性气体、酸溶液或盐溶液的情况下，在干燥条件下，模拟不同列车荷载作用下混凝土和CA砂浆的动态性能衰变试验数据；S4.加载温度设置；通过开启或者关闭加热单元，使盒体内气体或者液体加热至设定温度；S5.启动疲劳试验机，疲劳试验机通过上加载板、下加载板/盒体向试验件施加设定频率、幅值和循环次数的载荷，以模拟不同列车以不同速度对轨道作用的荷载；其中，不同列车的轴重通过调整加载应力大小来模拟，不同运营时速通过调整加载频率来实现模拟；S6.停止疲劳试验机，测量试验件的剩余强度、弹性模量以及裂缝宽度、深度等数据，完成一个周期的加载试验；S7.重复步骤S1-6，完成多个周期的加载试验，得到不同温度、酸雨、盐性地质、潮湿地质等不同环境腐蚀条件及不同列车荷载作用下，试验件的动态性能衰变试验数据，得出在列车荷载以不同轴重、不同速度和不同环境腐蚀条件共同作用下，无砟轨道水泥基材料性能衰变的规律。进一步地，所述试验方法还包括对试验数据进行处理，根据不同加载次数后测得试验件混凝土或CA砂浆的强度、弹性模量值，可以得到混凝土或CA砂浆在不同荷载作用下材料性能的劣化规律，拟合出混凝土轨道板或CA砂浆层的疲劳伤损曲线。进一步地，所述试验方法还包括：S8.试验件离子扩散速率的测定，疲劳加载完成后对试验件中心进行钻芯取样，对芯样进行分层切片研磨，滴定每层试样中离子的浓度，可得到不同轴重、不同速度的列车荷载作用下，离子在无砟轨道水泥基材料中的扩散速率。进一步地，步骤S2中还包括根据试验目的对试验件进行处理：若研究环境对无砟轨道水泥基材料的腐蚀性，可直接将无砟轨道水泥基材料试验件放置在下加载头或下钢板上；若研究离子在无砟轨道水泥基材料中的渗透性试验，则将无砟轨道水泥基材料试验件渗透面以外的其余面涂上防水材料。进一步地，所述试验方法还包括：S0.浇筑与养护试验件；根据所需研究的无砟轨道水泥基材料的类型和力学性质浇筑试验件。与现有技术相比，本实用新型通过设置不同的加载频率，能实现对高速客车、普速客车和普速货车等不同运营条件下无砟轨道水泥基材料的动态性能衰变规律的试验研究。另外，通过进行列车荷载和环境侵蚀耦合加载，能实现列车荷载和环境侵蚀耦合作用下无砟轨道水泥基材料的动态性能衰变规律的试验研究。另外，本实用新型充分考虑了列车荷载和环境侵蚀耦合作用下混凝土和砂浆材料的动态性能衰变问题，把混凝土和CA砂浆在列车荷载作用下的疲劳劣化和多种自然环境侵蚀下的劣化结合起来，能模拟不同运营条件下无砟轨道水泥基材料的受荷情况，提供列车荷载和环境荷载耦合作用下无砟轨道水泥材料动态性能衰变的试验数据，对无砟轨道结构破坏的研究和预测能更加准确可靠，能对无砟轨道结构寿命的预测和维修周期的确定提供理论基础。附图说明为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例提供的混凝土试验件用的衰变试验装置的主视图；图2为图1的横向剖视图；图3为本实用新型实施例提供的CA砂浆试验件用的衰变试验装置的主视图；图4为图3的横向剖视图；图5为本实用新型提供的另一种实施例方式的衰变试验装置的主视图；图6为本实用新型提供的试验方法的流程图；图7为本实用新型实施例试验中不同加载频率对混凝土弹性模量变化的影响的变化规律图；图8为本实用新型实施例试验中不同加载频率对混凝土抗折强度变化的影响的变化规律图；图9为本实用新型实施例试验中不同应力水平对混凝土弹性模量变化的影响的变化规律图；图10为本实用新型实施例试验中不同应力水平对混凝土抗折强度变化的影响的变化规律图；图11为本实用新型实施例试验中不同加载频率下混凝土内自由氯离子浓度随混凝土深度的变化规律图；图12为本实用新型实施例试验中不同应力水平下混凝土内自由氯离子浓度随混凝土深度的变化趋势图。附图标记：1-试验件；2-液体；10-盒体；11-进风口；12-出风口；15-盖体；20-上加载板；21-上加载头；25-下加载板；26-下加载头；30-上加载夹持机构；31-上连接柱；35-下加载夹持机构；36-下连接柱；40-加热单元；45-温度测量装置；48-风速测量仪。具体实施方式下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合具体的实施方式对本实用新型做进一步的解释说明。实施例1如图1-4所示，本实施例提供的一种衰变试验装置，其包括盒体10、上加载板20和疲劳试验机；疲劳试验机的上加载夹持机构30与上加载板20固定连接；疲劳试验机的下加载夹持机构35与盒体10的底部固定连接；被测试的试验件1放置在盒体10内，上加载板20顶压在试验件1的顶面上，盒体10的底板和上加载板20将试验件1夹持住。盒体10内设置有用于模拟腐蚀性环境的液体2；其中，根据腐蚀性环境不同，液体2分为水、酸性溶液或者盐溶液。盒体10内设置有下加载板25，下加载板25与盒体10的底板固定连接；试验件1放置在下加载板25上，上加载板20和下加载板25将试验件1夹持住。其中，下加载板25优选地通过焊接方式固定在盒体10的底板上。如图1-2所示，上加载板20底面的两侧设置有下凸的上加载头21；下加载板25顶面的两侧均设置有上凸的下加载头26。如图3-4所示，当对CA砂浆试验件进行衰变试验时，圆柱形的CA砂浆试验件1的上、下柱面分别直接贴靠在上加载板20底面和下加载板25上表面上。而试验件1为混凝土试验件时，方块形的试验件1放置在上加载板20和下加载板25之间，上加载板20和下加载板25上的上加载头21和下加载头26分别顶靠在混凝土试验件的上下表面上。其中，加载头为沿上加载板20和下加载板25边缘设置的条状凸起。优选地，加载头和加载板一体成型，优选地，由一块钢板切削加工而成。加载头与试验件1接触的末端为圆弧形。加载头圆滑设置，以避免过于尖锐从而直接破坏试验件1。下加载板25为矩形板，下加载板25的长度是宽度的2-4倍，更为优选地，下加载板25的长度是宽度的为3倍；上加载板20为矩形板或者圆形板；上加载板20和下加载板25的厚度一致；上加载板20的宽度或者直径与下加载板25的宽度一致。其中，盒体10优选地由钢板焊接而成，盒体10的侧板和底板之间采用焊接的方式连接。混凝土动态性能试验中，上加载板20为矩形板；CA砂浆动态性能试验中，上加载板20形状优选地为圆形钢板。盒体10内侧表面设置有用于防止腐蚀的涂层，涂层优选地为环氧树脂层。盒体10内设置有用于对盒体10内液体2或者气体进行加热的加热单元40，以及用于测量盒体10内液体2或者气体温度的温度测量装置45。优选地，加热单元40为电加热棒；温度测量装置45为温度计或者温度传感器。通过设置加热单元40和温度测量装置45可以调节盒体10内的被模拟环境的温度值，从而将温度的影响参数耦合进去，从而真实还原无砟轨道所处的工作环境。另外，本实用新型更优优选的实施方式是，如图5所示，衰变试验装置还包括用于密封盒体10上方开口的盖体15；疲劳试验机的上加载夹持机构30通过上连接柱31与上加载板20连接；盖体15上设置有通孔，上连接柱31上端与上加载夹持机构30连接，上连接柱31的下端穿过通孔与上加载板20连接。上连接柱31与通孔之间滑动密封。通过设置盖体15，可以模拟不同温度下、不同酸碱度的空气对试验件1的腐蚀作用，目前，由于工业的过度发展，空气质量越来越差，由此空气质量的影响因素不得不考虑。衰变试验装置还包括风机，盒体10或者盖体15上设置有进风口11和出风口12，风机通过管路与进风口11连接；盒体10内设置有风速测量仪48。通过设置风机，则可以将空气质量、温度以及风速等环境因素与列车载荷等动态因素耦合在一起，从而更真实地得出无砟轨道水泥基材料在实际运行过程中的动态性能衰变规律，从而为无砟轨道疲劳寿命的预测和维修提供有效、可靠的试验数据，以提高高速铁路运行的平顺性、舒适性和安全性。疲劳试验机的下加载夹持机构35通过下连接柱36与盒体10的底部固定连接。其中，上连接柱31和下连接柱36优选地为硬质金属柱，如钢柱等。试验件1包括无砟轨道水泥基材料混凝土试验件和CA砂浆试验件1。本实用新型还提供了一种采用上述衰变试验装置的衰变试验系统，其还包括处理器和显示器，处理器与加热单元40、温度测量装置45、风速测量仪48以及风机连接。另外，盒体10内还可增设湿度计；湿度计与处理器连接。实施例2为实现本实用新型目的，本实用新型还提供了一种利用上述衰变试验装置对无砟轨道水泥基材料动态性能衰变试验的试验方法，试验方法具体包括如下步骤：S0.浇筑与养护试验件1；根据所需研究的无砟轨道水泥基材料的类型和力学性质浇筑试验件1。S1.测定无砟轨道水泥基材料试验件的初始强度等级；S2.根据试验目的对试验件1进行处理：若研究环境对无砟轨道水泥基材料的腐蚀性，可直接将无砟轨道水泥基材料试验件1放置在下加载头26或下加载板25上；若研究离子在无砟轨道水泥基材料中的渗透性试验，则将无砟轨道水泥基材料试验件1渗透面以外的其余面涂上防水材料。处理后，将试验件1放置在下加载头26或者下加载板25上；S3.加载环境设置；环境设置具体包括：1)腐蚀性环境；根据测试的需要，向盒体10内加入水、腐蚀性气体、酸溶液或盐溶液模拟腐蚀性环境；2)非腐蚀性的大气环境；即在不加入水、腐蚀性气体、酸溶液或盐溶液的情况下，在干燥条件下，模拟不同列车荷载作用下混凝土和CA砂浆的动态性能衰变试验数据；S4.加载温度设置；通过开启或者关闭加热单元40，使盒体10内气体或者液体2加热至设定温度；S5.启动疲劳试验机，疲劳试验机通过上加载板20、下加载板25/盒体10向试验件1施加设定频率、幅值和循环次数的载荷，以模拟不同列车以不同速度对轨道作用的荷载；其中，不同列车的轴重通过调整加载应力大小来模拟，不同运营时速通过调整加载频率来实现模拟；S6.停止疲劳试验机，测量试验件1的剩余强度、弹性模量以及裂缝宽度、深度等数据，完成一个周期的加载试验；S7.重复步骤S1-6，完成多个周期的加载试验，得到不同温度、酸雨、盐性地质、潮湿地质等不同环境腐蚀条件及不同列车荷载作用下，试验件1的动态性能衰变试验数据，得出在列车荷载以不同轴重、不同速度和不同环境腐蚀条件共同作用下，无砟轨道水泥基材料性能衰变的规律。试验方法还包括对试验数据进行处理，根据不同加载次数后测得试验件1混凝土的强度、弹性模量值，可以得到无砟轨道水泥基材料在不同荷载作用下材料性能的劣化规律，拟合出混凝土轨道板或CA砂浆层的疲劳伤损曲线。当需要测定试验件离子扩散速率时，疲劳加载完成后对试验件1中心进行钻芯取样，对芯样进行分层切片研磨，滴定每层试样中离子的浓度，可得到不同轴重、不同速度的列车荷载作用下，离子在无砟轨道水泥基材料中的扩散速率。与现有技术相比，本实用新型通过设置不同的加载频率，能实现对高速客车、普速客车和普速货车等不同运营条件下无砟轨道水泥基材料的动态性能衰变规律的试验研究。另外，通过进行列车荷载和环境侵蚀耦合加载，能实现列车荷载和环境侵蚀耦合作用下无砟轨道水泥基材料的动态性能衰变规律的试验研究。试验中加载设备和测试工具还包括：MTS、多功能混凝土无损检测系统、笔记本电脑、压力试验机、取芯机、天平。本实用新型实施例的试验装置的试验工况如表1所示。表1试验工况工况一列车荷载单独加载工况二列车荷载和侵蚀性离子耦合加载工况三列车荷载和升温耦合加载工况四列车荷载、侵蚀性离子和升温耦合加载对于列车荷载，我国现有无砟轨道中运行的三种列车，即高速客车、普速客车和普速货车，其列车荷载的特征值如表2所示。根据研究的列车荷载对象选取相应的列车荷载特征值进行加载。表2列车荷载特征值荷载种类轴重应力水平设计时速加载频率高速客车15t0.3～0.5200km/h～350km/h22Hz～39Hz普速客车15t0.3～0.5120km/h～160km/h13Hz～18Hz普速货车30t0.5～0.7120km/h≤13Hz对于侵蚀性离子，根据研究铁路线路所处的地理环境因素进行加载，如多雨的地区进行水侵蚀加载，沿海地区进行氯离子侵蚀加载，多酸雨地区进行酸溶液侵蚀加载等。对于升温，本实用新型实施例的工装可采用水浴加热的方式对试验件进行加热。本专利试验装置研究的无砟轨道水泥基材料动态性能衰变规律为混凝土和CA砂浆疲劳荷载作用下力学性能的衰变规律。其中，若研究混凝土的抗弯疲劳性能，则浇筑试验件外观规格为400mm×100mm×100mm的棱柱体抗折试验件；若研究CA砂浆的抗压疲劳性能，则浇筑试验件外观为底面直径50mm、高50mm的圆柱体抗压试验件。其数据处理如下：根据不同加载次数后测得混凝土的强度、弹性模量值，可以得到无砟轨道水泥基材料在不同荷载作用下材料性能的劣化规律，拟合出混凝土轨道板或CA砂浆层的疲劳伤损曲线。采用以上试验装置和试验方法研究混凝土材料抗折疲劳性能和氯离子渗透性能的具体试验参数和结果如下：试验中，浇筑试验件规格为400mm×100mm×100mm的混凝土棱柱体抗折试验件；试验步骤S2中，由于需要研究氯离子在混凝土中的扩散性，需要对混凝土试验件受拉面以外的所有面涂一层环氧树脂进行防水处理；盒体内的液体为浓度10％的NaCl溶液。步骤S4中，不进行升温设置，在室温下进行试验。步骤S5中，设置荷载为：应力水平为0.3的条件下，频率分别取10Hz、15Hz和20Hz；频率为15Hz的条件下，应力水平分别取0.3、0.5和0.7。(现有技术中，混凝土疲劳试验的加载频率通常不高于10Hz，而高速列车的运行速度为200km/h～350km/h，普速列车的运行速度为120km/h～160km/h，对应的列车荷载频率分别为22Hz～39Hz和13Hz～18Hz，由此，现有试验的加载频率不符合列车荷载频率的特征值)。混凝土疲劳试验后抗折强度和弹性模量衰减的规律如图7-8和图9-10所示。其中，图7和8分别为不同加载频率对混凝土弹性模量和抗折强度变化的影响；图9和10分别为不同应力水平对混凝土弹性模量和抗折强度变化的影响。图7和8中，r表示试验件加载的应力水平，f表示试验件加载的频率。比较图7和8中应力水平同为0.3的条件下荷载频率分别取10Hz、15Hz和20Hz的试验件可知：①在初始弹性模量和抗折强度接近的情况下，荷载频率为10Hz的试验件的弹性模量和抗折强度下降的速率最快，加载次数为200万次左右时弹性模量和抗折强度分别下降6.3GPa和0.97MPa。②荷载频率为15Hz的试验件和荷载频率为20Hz的试验件在加载次数较少时，弹性模量和抗折强度下降的平均速率接近，加载次数为200万次左右时，荷载频率为15Hz的试验件弹性模量和抗折强度分别降低4.40GPa和0.46MPa，荷载频率为20Hz的试验件弹性模量和抗折强度分别降低4.40GPa和0.55MPa。③荷载频率越低，试验件弹性模量和抗折强度从图像上呈现“阶梯式”下降的趋势越明显，出现明显下降的拐点越早；频率越高，其弹性模量和抗折强度从图上呈现出的下降曲线越平滑，出现明显下降的拐点越晚。图9和10中，r表示试验件加载的应力水平，f表示试验件加载的频率。比较图9和10中何在频率同为15Hz的条件下应力水平分别取0.3、0.5和0.7的试验件可知：①在初始弹性模量和抗折强度存在差异的情况下，应力水平越高，试验件弹性模量和抗折强度的下降越明显。应力水平为0.7的试验件初始弹性模量和抗折强度最高，加载次数为150万次时，其弹性模量和抗折强度分别下降7.41GPa和0.96MPa，而完成疲劳加载时则分别下降15.01GPa和2.06MPa；应力水平为0.5的试验件初始弹性模量和抗折强度次之，加载次数为150万次时，其弹性模量和抗折强度分别下降3.01GPa和0.58MPa，而完成疲劳加载时则分别下降11.39GPa和1.56MPa；应力水平为0.3的试验件初始弹性模量和抗折强度最低，加载次数为150万次时，其弹性模量和抗折强度分别下降2.64GPa和0.21MPa，而完成疲劳加载时则分别下降5.11GPa和0.73MPa。②应力水平越大，试验件的弹性模量和抗折强度越容易出现折减。应力水平为0.3的试验件加载次数在150万次以前弹性模量和抗折强度都相对平稳，加载次数在150万次后下降的速率开始增大；应力水平为0.5的试验件加载次数在125万次后弹性模量和抗折强度出现明显下降；应力水平为0.7的试验件则从开始加载后弹性模量和抗折强度出现明显的下降。钻芯取样分层测氯离子浓度的试验结果如图9、10和11所示。图11为不同加载频率下混凝土内自由氯离子浓度随混凝土深度的变化规律图。由图11可知，在动荷载作用2d，同时自然浸泡于5％氯化钠溶液中时，随着加载频率的变化混凝土内相同深度处自由氯离子浓度有所不同。随着加载频率的增加，相同深度内自由氯离子浓度增加。当混凝土深度小于25mm时，加载频率对氯离子浓度影响比较明显，相比于频率为10Hz及15Hz，频率为20Hz的动荷载作用下氯离子浓度明显高一些。当混凝土深度大于25mm时，随着深度的增加混凝内自由氯离子浓度变化较小。而图12表示不同应力水平下混凝土内自由氯离子浓度随混凝土深度的变化；由图12可知，在动荷载作用2d，同时自然浸泡于5％氯化钠溶液中时，随着加载应力水平的变化混凝土内相同深度处自由氯离子浓度有所不同。随着应力水平的增加，相同深度内自由氯离子浓度增加。当混凝土深度小于25mm时，应力水平对氯离子浓度影响比较明显，相比于应力水平为0.3及0.5时，应力水平为0.7动荷载作用下氯离子浓度明显高一些。当混凝土深度大于25mm时，随着深度的增加混凝土内自由氯离子浓度变化较小。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。当前第1页1 2 3